JP7283327B2 - Wavelength conversion element, light source device and projector - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換素子、光源装置及びプロジェクターに関するものである。 The present invention relates to a wavelength conversion element, a light source device and a projector.
光源から射出された励起光を蛍光体に照射し、蛍光体から発せられる蛍光を照明光として利用する光源装置が提案されている。下記特許文献1には、導光体の第1面から入射させた励起光を、導光体の第1面と反対の第2面側に配置された蛍光体に入射させることで蛍光を生成し、励起光及び蛍光を含む照明光を蛍光体の端面から取り出す光源装置が開示されている。
A light source device has been proposed that irradiates a phosphor with excitation light emitted from a light source and uses the fluorescence emitted from the phosphor as illumination light. In
しかしながら、上記光源装置では蛍光体に照射される励起光の照度分布が不均一となる。また、蛍光体の特定領域に局所的に励起光が照射されることで蛍光体が発熱するため、蛍光発光効率の低下を招いてしまう。 However, in the above light source device, the illuminance distribution of the excitation light with which the phosphor is irradiated becomes non-uniform. In addition, when a specific region of the phosphor is locally irradiated with the excitation light, the phosphor generates heat, resulting in a decrease in fluorescence emission efficiency.
上記課題を解決するために、本発明の一態様の波長変換素子は、第1光により励起されて前記第1光とは異なる波長帯を有する第2光を射出する第1波長変換部材と、前記第1光および前記第2光を透過させる第1導光部材と、が接合された接合体と、前記接合体の複数の外周面のうち、第1方向に平行な少なくとも一つの面に対向して配置され、前記第1光および前記第2光の少なくとも一方を反射する反射部材と、を備え、前記接合体は、前記第1波長変換部材における前記第1方向に平行な第1面と、前記第1導光部材における前記第1方向に平行な第2面と、が互いに接合されて構成されており、前記第1光は、前記複数の外周面のうち、前記第1方向と交差する第1外周面から前記接合体に入射することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a wavelength conversion element of one aspect of the present invention includes a first wavelength conversion member that is excited by a first light and emits a second light having a wavelength band different from that of the first light; A bonded body in which a first light guide member that transmits the first light and the second light is bonded; a reflecting member that reflects at least one of the first light and the second light; , and a second surface of the first light guide member parallel to the first direction are joined to each other, and the first light beam crosses the first direction among the plurality of outer peripheral surfaces. It is characterized in that the light is incident on the joined body from the first outer peripheral surface where the light is incident.
前記接合体は、前記第1導光部材の前記第2面と反対の第3面に接合された第2波長変換部材を有しており、前記第1導光部材は、前記第1波長変換部材と前記第2波長変換部材とで挟まれている構成としてもよい。 The joined body has a second wavelength conversion member joined to a third surface opposite to the second surface of the first light guide member, and the first light guide member includes the first wavelength conversion member. It may be sandwiched between the member and the second wavelength conversion member.
前記第2波長変換部材は、前記第1光により励起されて前記第1光および前記第2光と異なる波長帯を有する第3光を射出する構成としてもよい。 The second wavelength conversion member may be configured to be excited by the first light and emit a third light having a wavelength band different from that of the first light and the second light.
前記接合体は、前記第1波長変換部材の前記第1面と反対の第4面に接合され、前記第1光および前記第2光を透過させる第2導光部材を有しており、前記第1波長変換部材は、前記第1導光部材と前記第2導光部材とで挟まれている構成としてもよい。 The bonded body has a second light guide member that is bonded to a fourth surface opposite to the first surface of the first wavelength conversion member and transmits the first light and the second light, and The first wavelength conversion member may be sandwiched between the first light guide member and the second light guide member.
前記第1波長変換部材は、前記第1光により励起されて前記第2光を射出する第1部材と、前記第1光により励起されて前記第1光および前記第2光とは異なる波長帯を有する第3光を射出する第2部材と、を備える構成としてもよい。 The first wavelength conversion member includes a first member that emits the second light when excited by the first light, and a wavelength band different from that of the first light and the second light when excited by the first light. and a second member that emits the third light having
前記接合体の外周面のうち、前記第1外周面と反対の第2外周面に対向して配置され、前記第1光および前記第2光の少なくとも一方を拡散させる拡散素子をさらに備える構成としてもよい。 A configuration further comprising a diffusing element that is arranged to face a second outer peripheral surface opposite to the first outer peripheral surface of the outer peripheral surface of the joined body and that diffuses at least one of the first light and the second light. good too.
前記第1導光部材はサファイアである構成としてもよい。 The first light guide member may be made of sapphire.
本発明の一態様の光源装置は、前記第1光を射出する光源と、上記態様の波長変換素子と、を備えることを特徴とする。 A light source device according to one aspect of the present invention includes a light source that emits the first light and the wavelength conversion element according to the aspect described above.
本発明の一態様のプロジェクターは、上記態様の光源装置と、前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、を備えることを特徴とする。 A projector according to one aspect of the present invention includes the light source device according to the aspect described above, a light modulation device that modulates light from the light source device according to image information, and a projection optical device that projects the light modulated by the light modulation device. and.
(第一実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1~図3を用いて説明する。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
In the drawings below, in order to make each component easier to see, the scale of dimensions may be changed depending on the component.
本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学装置6と、を備えている。照明装置2の構成については、後で説明する。
An example of the projector according to this embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the
色分離光学系3は、第1ダイクロイックミラー7aと、第2ダイクロイックミラー7bと、反射ミラー8aと、反射ミラー8bと、反射ミラー8cと、リレーレンズ9aと、リレーレンズ9bと、を備えている。色分離光学系3は、照明装置2から射出された照明光WLを赤色光LRと緑色光LGと青色光LBとに分離し、赤色光LRを光変調装置4Rに導き、緑色光LGを光変調装置4Gに導き、青色光LBを光変調装置4Bに導く。
The color separation
フィールドレンズ10Rは、色分離光学系3と光変調装置4Rとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置4Rに向けて射出する。フィールドレンズ10Gは、色分離光学系3と光変調装置4Gとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置4Gに向けて射出する。フィールドレンズ10Bは、色分離光学系3と光変調装置4Bとの間に配置され、入射した光を略平行化して光変調装置4Bに向けて射出する。
The
第1ダイクロイックミラー7aは、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射させる。第2ダイクロイックミラー7bは、緑色光成分を反射させ、青色光成分を透過させる。反射ミラー8aは、赤色光成分を反射させる。反射ミラー8bおよび反射ミラー8cは、青色光成分を反射させる。
The first
第1ダイクロイックミラー7aを透過した赤色光LRは、反射ミラー8aで反射し、フィールドレンズ10Rを透過して赤色光用の光変調装置4Rの画像形成領域に入射する。第1ダイクロイックミラー7aで反射した緑色光LGは、第2ダイクロイックミラー7bでさらに反射し、フィールドレンズ10Gを透過して緑色光用の光変調装置4Gの画像形成領域に入射する。第2ダイクロイックミラー7bを透過した青色光LBは、リレーレンズ9a、入射側の反射ミラー8b、リレーレンズ9b、射出側の反射ミラー8c、およびフィールドレンズ10Bを経て青色光用の光変調装置4Bの画像形成領域に入射する。
The red light LR that has passed through the first
光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する。光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bのそれぞれは、液晶ライトバルブから構成されている。図示を省略したが、光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの光入射側に、入射側偏光板がそれぞれ配置されている。光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bの光射出側に、射出側偏光板がそれぞれ配置されている。
Each of the light modulating
合成光学系5は、光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bから射出された各画像光を合成してフルカラーの画像光を形成する。合成光学系5は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視で略正方形状をなすクロスダイクロイックプリズムで構成されている。直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
The synthesizing
合成光学系5から射出された画像光は、投射光学装置6によって拡大投射され、スクリーンSCR上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置6は、光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bにより変調された光を投射する。投射光学装置6は、複数の投射レンズで構成されている。
The image light emitted from the synthesizing
本実施形態の照明装置2の一例について説明する。
図2は、照明装置2の概略構成を示す図である。
図2に示すように、照明装置2は、光源装置2Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aと、を備えている。インテグレーター光学系31と重畳レンズ33aとは、重畳光学系33を構成している。
An example of the
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the
As shown in FIG. 2, the
光源装置2Aは、アレイ光源(光源)21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1位相差板28aと、偏光分離素子25と、第1集光光学系26と、波長変換素子40と、第2位相差板28bと、第2集光光学系29と、拡散反射素子30と、を備えている。
The
アレイ光源21Aと、コリメーター光学系22と、アフォーカル光学系23と、第1位相差板28aと、偏光分離素子25と、第2位相差板28bと、第2集光光学系29と、拡散反射素子30とは、光軸ax1上に順次並んで配置されている。波長変換素子40と、第1集光光学系26と、偏光分離素子25と、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとは、照明光軸ax2上に順次並んで配置されている。光軸ax1と照明光軸ax2とは、同一面内にあり、互いに直交する。
An array
アレイ光源21Aは、固体光源としての複数の半導体レーザー21を備えている。複数の半導体レーザー21は、光軸ax1と直交する面内においてアレイ状に並んで配置されている。半導体レーザー21は、第1波長帯の青色の光線BL、具体的にはピーク波長が例えば460nmの第1波長帯のレーザー光を射出する。アレイ光源21Aは、複数の光線BLからなる光線束を射出する。本実施形態のアレイ光源21Aは、特許請求の範囲の「光源」に相当する。
The array
アレイ光源21Aから射出された光線BLは、コリメーター光学系22に入射する。コリメーター光学系22は、アレイ光源21Aから射出された光線BLを平行光に変換する。コリメーター光学系22は、アレイ状に並んで配置された複数のコリメーターレンズ22aから構成されている。複数のコリメーターレンズ22aの各々は、複数の半導体レーザー21の各々に対応して配置されている。
A light beam BL emitted from the array
コリメーター光学系22を通過した光線BLは、アフォーカル光学系23に入射する。
アフォーカル光学系23は、光線BLからなる光線束の太さ(径)を調整する。アフォーカル光学系23は、例えば凸レンズ23aと凹レンズ23bとから構成されている。
The light beam BL that has passed through the collimator
The afocal
アフォーカル光学系23を通過した光線BLは、第1位相差板28aに入射する。第1位相差板28aは、例えば回転可能とされた1/2波長板である。半導体レーザー21から射出された光線BLは、直線偏光である。第1位相差板28aの回転角度を適切に設定することにより、第1位相差板28aを透過する光線BLを、偏光分離素子25に対するS偏光成分とP偏光成分とを所定の比率で含む光線とすることができる。第1位相差板28aを回転させることにより、S偏光成分とP偏光成分との比率を変化させることができる。
The light beam BL that has passed through the afocal
第1位相差板28aを通過することで生成されたS偏光成分とP偏光成分とを含む光線BLは、偏光分離素子25に入射する。偏光分離素子25は、例えば波長選択性を有する偏光ビームスプリッターから構成されている。偏光分離素子25は、光軸ax1および照明光軸ax2に対して45°の角度をなしている。
The light beam BL containing the S-polarized component and the P-polarized component generated by passing through the
偏光分離素子25は、光線BLを、偏光分離素子25に対するS偏光成分の光線BLsとP偏光成分の光線BLpとに分離する偏光分離機能を有する。具体的に、偏光分離素子25は、S偏光成分の光線BLsを反射させ、P偏光成分の光線BLpを透過させる。さらに、偏光分離素子25は、偏光分離機能に加えて、青色の光線BLとは波長帯が異なる黄色光成分を、偏光状態にかかわらず透過させる色分離機能を有している。
The
偏光分離素子25から射出されたS偏光の光線BLsは、第1集光光学系26に入射する。第1集光光学系26は、光線BLsを励起光として波長変換素子40に向けて集光させる。第1集光光学系26は、第1レンズ26aと第2レンズ26bとから構成されている。第1レンズ26aおよび第2レンズ26bは、凸レンズから構成されている。第1集光光学系26から射出された光線BLsは、波長変換素子40に集光した状態で入射する。
The S-polarized light beam BLs emitted from the
本実施形態において、波長変換素子40は入射された励起光(光線BLs)を、励起光の第1波長帯とは異なる第2波長帯の蛍光YLに変換する。本実施形態の波長変換素子40は、例えばモーター等によって回転可能とされていない固定型の波長変換素子で構成される。
なお、波長変換素子40の構成については後に説明する。
In this embodiment, the
The configuration of the
波長変換素子40で生成された黄色の蛍光YLは、第1集光光学系26で平行化された後、偏光分離素子25に入射する。上述したように、偏光分離素子25が偏光状態にかかわらず黄色光成分を透過させる特性を有しているため、蛍光YLは、偏光分離素子25を透過する。
The yellow fluorescence YL generated by the
一方、偏光分離素子25から射出されたP偏光の光線BLpは、第2位相差板28bに入射する。第2位相差板28bは、偏光分離素子25と拡散反射素子30との間の光路中に配置された1/4波長板から構成されている。したがって、偏光分離素子25から射出されたP偏光の光線BLpは、第2位相差板28bによって、例えば右回りの円偏光の青色光BLc1に変換された後、第2集光光学系29に入射する。
On the other hand, the P-polarized light beam BLp emitted from the
第2集光光学系29は、第1レンズ29aと第2レンズ29bとから構成されている。第1レンズ29aおよび第2レンズ29bは、凸レンズから構成されている。第2集光光学系29は、青色光BLc1を集光させた状態で拡散反射素子30に入射させる。
The second condensing
拡散反射素子30は、偏光分離素子25から射出された光線BLpの光路上に配置され、第2集光光学系29から射出された青色光BLc1を偏光分離素子25に向けて拡散反射させる。拡散反射素子30としては、青色光BLc1をランバート反射させるとともに、青色光BLc1の偏光状態を乱さないことが望ましい。
The diffuse
以下、拡散反射素子30によって拡散反射された光を青色光BLc2と称する。本実施形態においては、青色光BLc1が拡散反射することによって略均一な照度分布の青色光BLc2が得られる。例えば右回りの円偏光の青色光BLc1は、拡散反射素子30によって拡散反射され、左回りの円偏光の青色光BLc2となる。
The light diffusely reflected by the diffuse
青色光BLc2は、第2集光光学系29によって平行光に変換された後、第2位相差板28bに再度入射する。左回りの円偏光の青色光BLc2は、第2位相差板28bによってS偏光の青色光BLs1に変換される。S偏光の青色光BLs1は、偏光分離素子25によってインテグレーター光学系31に向けて反射される。
The blue light BLc2 is converted into parallel light by the second condensing
これにより、青色光BLs1は、偏光分離素子25を透過した蛍光YLと合成され、照明光WLとして利用される。すなわち、青色光BLs1と蛍光YLとは、偏光分離素子25から互いに同じ方向に向けて射出され、青色光BLs1と蛍光(黄色光)YLとが合成された白色の照明光WLが生成される。
Thereby, the blue light BLs1 is combined with the fluorescence YL that has passed through the
照明光WLは、インテグレーター光学系31に向けて射出される。インテグレーター光学系31は、第1レンズアレイ31aと第2レンズアレイ31bとから構成されている。
第1レンズアレイ31aおよび第2レンズアレイ31bのそれぞれは、複数のレンズがアレイ状に配列された構成を有している。
The illumination light WL is emitted toward the integrator
Each of the
インテグレーター光学系31を透過した照明光WLは、偏光変換素子32に入射する。偏光変換素子32は、偏光分離膜と位相差板とを有している。偏光変換素子32は、非偏光の蛍光YLを含む照明光WLを、光変調装置4R、光変調装置4G、および光変調装置4Bに入射させる直線偏光に変換する。
The illumination light WL transmitted through the integrator
偏光変換素子32を透過した照明光WLは、重畳レンズ33aに入射する。重畳レンズ33aは、インテグレーター光学系31と協働して、被照明領域における照明光WLの照度分布を均一化する。このようにして、照明装置2は、照明光WLを生成する。
The illumination light WL transmitted through the
以下、波長変換素子40の構成について説明する。
図3は、波長変換素子40の断面図である。図3以下では、蛍光体層43に入射することで蛍光YLを生成する光線BLsを励起光Eと示す場合もある。
図3に示すように、波長変換素子40は、接合体41と、反射部材42と、を備えている。接合体41は、蛍光体層(第1波長変換部材)43および導光部材(第1導光部材)44を接合して構成される。本実施形態の波長変換素子40は、励起光Eが入射した面から蛍光YLを射出させる反射型の波長変換素子である。
The configuration of the
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 3, the
接合体41は六面体で構成される。接合体41は六つの外周面を有する。具体的に接合体41は、第1外周面41aと、第2外周面41bと、第3外周面41cと、第4外周面41dと、第5外周面41eと、第6外周面41fと、を有している。
The joint 41 is composed of a hexahedron. The joint 41 has six outer peripheral surfaces. Specifically, the joined
本実施形態において、第1外周面41aの法線方向から見た接合体41の形状は矩形状である。第1外周面41aは波長変換素子40における励起光Eの入射面および蛍光YLの射出面である。第2外周面41bは第1外周面41aに対向する面である。すなわち、第1外周面41aおよび第2外周面41bは互いに反対側を向いている。本実施形態において、第2外周面41bは接合体41における底部を構成する面である。第3外周面41cは、第1外周面41aに交差し、波長変換素子40に対して励起光Eが入射する第1方向D1に平行な面である。ここで、第1方向D1とは、図3中の上下に沿う方向である。
In this embodiment, the joined
第4外周面41dは第3外周面41cに対向する面である。すなわち、第4外周面41dおよび第3外周面41cは互いに反対側を向いている。第5外周面41eおよび第6外周面41fは互いに反対側を向いている。本実施形態において、第5外周面41eは接合体41における図3の紙面貫通方向手前側の外面であり、第6外周面41fは接合体41における図3の紙面貫通方向奥側の外面である。
The fourth outer
蛍光体層43は、第1方向D1に平行な第1接合面(第1面)43aと、第1接合面43aと反対を向く表面43bと、上面43cと、下面43dと、前側面43eと、後側面43fと、を含む。
The
蛍光体層43の上面43cは第1方向D1に交差する面であり、接合体41の第1外周面41aの一部を構成する。蛍光体層43の下面43dは第1方向D1に交差する面であり、接合体41の第2外周面41bの一部を構成する。蛍光体層43の表面43bは接合体41の第3外周面41cを構成する。蛍光体層43の前側面43eは接合体41における図3の紙面貫通方向手前側の外面の一部を構成し、蛍光体層43の後側面43fは接合体41における図3の紙面貫通方向奥側の外面の一部を構成する。
An
蛍光体層43は、アレイ光源21Aから射出された励起光(第1光)Eを、励起光Eとは異なる波長帯を有する蛍光(第2光)YLに変換する蛍光体材料を含む。第2波長帯は、例えば490~750nmであり、蛍光YLは、緑色光成分および赤色光成分を含む黄色光である。なお、蛍光体層43は、単結晶蛍光体を含んでいてもよい。
The
蛍光体層43は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体を含んでいる。賦活剤としてセリウム(Ce)を含有するYAG:Ceを例にとると、蛍光体層43として、Y2O3、Al2O3、CeO3等の構成元素を含む原料粉末を混合して固相反応させた材料、共沈法やソルゲル法等の湿式法により得られるY-Al-Oアモルファス粒子、噴霧乾燥法や火炎熱分解法、熱プラズマ法等の気相法により得られるYAG粒子等を用いることができる。
The
導光部材44は励起光Eおよび蛍光YLを透過させる部材である。
導光部材44は、第1方向D1に平行な第2接合面(第2面)44aと、第2接合面44aと反対を向く表面44bと、上面44cと、下面44dと、前側面44eと、後側面44fと、を含む。
The
The
導光部材44の上面44cは第1方向D1に交差する面であり、接合体41の第1外周面41aの一部を構成する。導光部材44の下面44dは第1方向D1に交差する面であり、接合体41の第2外周面41bの一部を構成する。導光部材44の表面44bは接合体41の第4外周面41dを構成する。前側面44eは接合体41における図3の紙面貫通方向手前側の外面の一部を構成し、後側面44fは接合体41における図3の紙面貫通方向奥側の外面の一部を構成する。
An
なお、導光部材44の構成材料は、特に限定されないが、屈折率が蛍光体層43に近く、かつ、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましい。導光部材44の構成材料としては、例えば、サファイアを用いることができる。
In addition, although the constituent material of the
本実施形態の接合体41は、蛍光体層43における第1接合面43aと、導光部材44における第2接合面44aと、を互いに接合して構成されている。蛍光体層43の第1接合面43aと導光部材44の第2接合面44aとの間には不図示の接着材が設けられている。接着材としては蛍光体層43および導光部材44に対して屈折率差の小さい材料を用いるのが好ましい。
The bonded
本実施形態において、反射部材42は、接合体41の複数の外周面41a~41fのうち、第1方向D1に平行な面である第3外周面41cおよび第4外周面41dのそれぞれに対向して配置されている。
In the present embodiment, the reflecting
反射部材42は、励起光Eおよび蛍光YLを反射させる。反射部材42の構成材料として、アルミニウム、銀等の光反射率の高い金属材料が用いられてもよいし、誘電体多層膜が用いられてもよい。
The reflecting
反射部材42は、接合体41の外周面に対して離れて配置されるのが望ましい。すなわち、接合体41の第2外周面41bと反射部材42との間、接合体41の第3外周面41cと反射部材42との間、および接合体41の第4外周面41dと反射部材42との間には、空気層45がそれぞれ介在していることが望ましい。
The reflecting
波長変換素子40は、接合体41の第1外周面41aを第1集光光学系26の第2レンズ26bに対向させるように配置されている。これにより、第1集光光学系26から射出された励起光Eは第1外周面41aを介して接合体41内に入射する。
The
続いて、本実施形態の波長変換素子40の作用および効果について説明する。
波長変換素子40において、第1集光光学系26により集光された励起光Eは第1外周面41aから接合体41内に入射する。具体的に励起光Eは上面44cから第1方向D1に沿って導光部材44内に入射される。
Next, the action and effect of the
In the
本実施形態の波長変換素子40は、導光部材44内を励起光Eが伝播する伝搬方向(第1方向D1)と導光部材44および蛍光体層43の接合界面とが平行である。そのため、導光部材44に入射した励起光Eは導光部材44内を第1方向D1に進むことで下面44d側に向かって導波しつつ、第1接合面43aを介して蛍光体層43に入射して蛍光YLを生成する。このとき、導光部材44および蛍光体層43の接合界面に沿うように導光部材44内を励起光Eが伝搬するので、励起光Eは蛍光体層43(第1接合面43a)に対して均一に照射される。よって、励起光Eにおける蛍光体層43に対する照射密度が低く抑えられる。
In the
したがって、本実施形態の波長変換素子40によれば、励起光Eの蛍光体層43に対する照射密度を抑えることで蛍光体層43における局所的な発熱が抑制されて、蛍光体層43の温度上昇に伴う蛍光発光効率の低下を抑制することができる。
Therefore, according to the
また、蛍光体層43は、励起光Eの入射面において導光部材44と接合されるため、励起光Eの入射によって発熱した蛍光体層43の熱は導光部材44を介して効率良く放熱される。また、本実施形態では、導光部材44として熱伝導率の高いサファイアを用いるため、蛍光体層43を効率良く放熱させることで蛍光体層43の温度上昇を抑制することで高い蛍光変換効率を実現できる。
Further, since the
本実施形態の波長変換素子40において、蛍光体層43で生成された蛍光YLは導光部材44内に射出され、導光部材44内を伝搬して導光部材44の上面44cから射出される。なお、蛍光YLの一部は蛍光体層43の上面43cからも射出される。すなわち、接合体41の第1外周面41aから射出される蛍光YLは、導光部材44の上面44cから射出される蛍光成分と、蛍光体層43の上面43cから射出される蛍光成分とで構成される。
In the
また、導光部材44内を伝搬する光(励起光Eおよび蛍光YL)の一部は、導光部材44の表面44bに到達する。導光部材44の表面44bに到達した光のうち、臨界角以上の入射角で表面44bに入射した光は表面44bで全反射されて導光部材44内に戻され、再び導光部材44内を伝搬する。
Also, part of the light (excitation light E and fluorescence YL) propagating through the
一方、臨界角未満の入射角で表面44bに入射した光は表面44bを通過して導光部材44の外部に射出される。本実施形態の波長変換素子40では、導光部材44の表面44bに対向するように反射部材42を設けているため、表面44bを通過した光は反射部材42で反射されて再び導光部材44内を伝搬する。
On the other hand, light incident on the surface 44b at an incident angle less than the critical angle passes through the surface 44b and is emitted to the outside of the
また、導光部材44内を伝搬する光(励起光Eおよび蛍光YL)の一部は、導光部材44の下面44dに到達する。導光部材44の下面44dに到達した光は、下面44dで全反射、あるいは下面44dを透過した場合でも下面44dに対向するように設けられた反射部材42で反射されて導光部材44内に戻され、再び導光部材44内を伝搬する。
Also, part of the light (excitation light E and fluorescence YL) propagating through the
また、蛍光体層43で生成された蛍光YLの一部あるいは蛍光体層43で蛍光YLに変換されなかった励起光Eの一部は、蛍光体層43の表面43bに到達する。表面43bに到達した蛍光YLあるいは励起光Eのうち、臨界角以上の入射角で表面43bに入射した光は表面43bで全反射されて蛍光体層43内に戻され、励起光Eは蛍光YLの生成に利用され、蛍光YLは蛍光体層43を透過して導光部材44内に取り込まれる。
Also, part of the fluorescence YL generated by the
また、臨界角未満の入射角で表面43bに入射した蛍光YLあるいは励起光Eは、表面43bを通過して接合体41の外部に射出されるが、蛍光体層43の表面43bに対向するように配置された反射部材42で反射されて蛍光体層43内に戻され、励起光Eは蛍光YLの生成に利用され、蛍光YLは蛍光体層43を透過して導光部材44内に取り込まれる。もしくは反射部材42で反射された蛍光YLは、反射部材42と蛍光体層43の表面43bとの隙間から放射される。
Further, the fluorescence YL or the excitation light E incident on the
以上述べたように、本実施形態の波長変換素子40においては、導光部材44および蛍光体層43を接合した接合体41の接合界面に沿うように励起光Eが導光部材44内を伝搬するので、蛍光体層43(第1接合面43a)における励起光Eの光密度を低く抑えることで励起光Eの照度分布の均一性を高めることができる。これにより、蛍光体層43における局所的な発熱が抑制されて、蛍光体層43の温度上昇に伴う蛍光発光効率の低下を抑制できる。よって、蛍光体層43において蛍光YLが効率良く生成されるので、明るい照明光WLを生成することができる。
As described above, in the
このように、本実施形態の波長変換素子40によれば、蛍光体層43における励起光Eの照度分布を均一化させるとともに蛍光体層43の温度上昇が抑制される。これにより、発光効率の高い波長変換素子40を実現することができる。すなわち、本実施形態の波長変換素子40によれば、高い放熱性が得られ、波長変換効率の高い波長変換素子40を実現することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態の光源装置2Aは、上記の波長変換素子40を備えているため、発光効率を向上させることができる。また、本実施形態のプロジェクター1は、上記の光源装置2Aを備えるため、明るい画像を投射することができる。
Further, since the
(第二実施形態)
以下、本発明の第二実施形態について、図4を用いて説明する。
第二実施形態のプロジェクターおよび照明装置の構成は第1実施形態と同様であり、波長変換素子の構成が第一実施形態と異なる。そのため、プロジェクターおよび照明装置の全体の説明は省略する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The configurations of the projector and the illumination device of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and the configuration of the wavelength conversion element is different from that of the first embodiment. Therefore, the overall description of the projector and lighting device is omitted.
図4は本実施形態の波長変換素子140の断面図である。
図4に示すように、波長変換素子140は、接合体141と、反射部材42と、を備えている。本実施形態の接合体141は、第1蛍光体層(第1波長変換部材)143と、第2蛍光体層(第2波長変換部材)144と、導光部材44と、を接合して構成される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 4 , the
第1蛍光体層143および第2蛍光体層144は第一実施形態の蛍光体層43と同様の構成を有する。第1蛍光体層143は、第1方向D1に平行な第1接合面(第1面)143aと、第1接合面143aと反対を向く表面143bとを含む。第2蛍光体層144は、第1方向D1に平行な第1接合面144aと、第1接合面144aと反対を向く表面144bとを含む。
The
本実施形態において、反射部材42は、接合体141における複数の外周面141a~141fのうち、第1方向D1に平行な第3外周面141cおよび第4外周面141dに対向して配置されている。
In this embodiment, the reflecting
本実施形態の接合体141は、第1蛍光体層143における第1接合面143aと導光部材44における第2接合面44aとが互いに接合され、第2蛍光体層144における第1接合面144aと導光部材44における第2接合面44aと反対の裏面(第3面)44bとが互いに接合されることで、構成されている。
In the joined
すなわち、本実施形態の導光部材44は、第1蛍光体層143と第2蛍光体層144とで挟まれている。本実施形態において、第1蛍光体層143の表面143bは接合体141の第3外周面141cを構成し、第2蛍光体層144の表面144bは接合体141の第4外周面141dを構成する。
That is, the
本実施形態の波長変換素子140では、第1蛍光体層143と第2蛍光体層144との間に導光部材44を挟んだ接合体141を備えるので、導光部材44内を伝搬する励起光Eが第1蛍光体層143および第2蛍光体層144に入射して蛍光YLを生成することで明るい蛍光YLを得ることができる。
Since the
(第三実施形態)
以下、本発明の第三実施形態について、図5を用いて説明する。
図5は、本実施形態の波長変換素子の断面図である。
図5に示すように、本実施形態の波長変換素子70は、接合体71と、反射部材42と、を備えている。本実施形態の接合体71は、蛍光体層43と、第1導光部材72と、第2導光部材73と、を接合して構成される。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the wavelength conversion element of this embodiment.
As shown in FIG. 5 , the
第1導光部材72および第2導光部材73は第一実施形態の導光部材44と同様の構成を有する。第1導光部材72は、第1方向D1に平行な第2接合面(第2面)72aと、第2接合面72aと反対を向く表面72bと、を含む。第2導光部材73は、第1方向D1に平行な第2接合面73aと、第2接合面73aと反対を向く表面73bと、を含む。
The first
本実施形態において、反射部材42は、接合体71における複数の外周面のうち、第1方向D1に平行な第3外周面71cおよび第4外周面71dに対向して配置されている。
In the present embodiment, the reflecting
本実施形態の接合体71は、蛍光体層43における第1接合面43aと第1導光部材72における第2接合面72aとが互いに接合され、蛍光体層43における第1接合面43aと反対の表面(第4面)43bと第2導光部材73における第2接合面73aとが互いに接合されることで、構成される。
In the bonded
すなわち、本実施形態の蛍光体層43は、第1導光部材72と第2導光部材73とで挟まれている。本実施形態において、第1導光部材72の表面72bは接合体71の第4外周面71dを構成し、第2導光部材73の表面73bは接合体71の第3外周面71cを構成する。
That is, the
本実施形態の波長変換素子70では、第1導光部材72と第2導光部材73との間に蛍光体層43を挟んで構成した接合体71を備えるので、励起光Eが第1導光部材72および第2導光部材73内を伝搬することで蛍光体層43の両面(第1接合面43aおよび表面43b)に効率良く入射させることができる。これにより、蛍光体層43において明るい蛍光YLを生成することができる。
Since the
(第四実施形態)
以下、本発明の第四実施形態について、図6を用いて説明する。
図6は、本実施形態の波長変換素子の断面図である。
図6に示すように、本実施形態の波長変換素子80は、接合体41と、反射部材42と、拡散素子82と、を備えている。拡散素子82は、接合体41の外周面のうち、第1外周面41aと反対の第2外周面41bに対向して配置される。拡散素子82は第2外周面41bに接合されている。なお、拡散素子82は第2外周面41bとの間に隙間を設けて配置されてもよい。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the wavelength conversion element of this embodiment.
As shown in FIG. 6, the
拡散素子82は導光部材44内を伝搬する光に対して光拡散性を有する素子である。本実施形態の拡散素子82は蛍光体層82aである。蛍光体層82aは蛍光体層43と同様の構成を有する。なお、蛍光体層82aとしては、気孔の含有率の高い蛍光体材料を用いたり、表面に微細な凹凸形状を形成した蛍光体を用いることで光拡散性を高めてもよい。
The diffusing
本実施形態の波長変換素子80では、接合体41の第2外周面41bに拡散素子82としての蛍光体層82aを設けるため、導光部材44内を伝搬して接合体41の第2外周面41bに到達した励起光Eを蛍光体層82aによって蛍光YLに変換することができる。これにより、より明るい蛍光YLを生成することができる。また、蛍光体層82aは励起光Eの一部を拡散反射させる拡散素子としても機能する。蛍光体層82aにより励起光Eは種々の方向に拡散反射させることで蛍光体層43に入射し、蛍光YLの生成に利用される。
以上のように本実施形態の波長変換素子80によれば、第一実施形態の波長変換素子40に比べてより明るい蛍光YLを生成することができる。
In the
As described above, according to the
なお、拡散素子82を拡散板で構成してもよい。この場合によれば、接合体41の第3外周面41cに入射した励起光Eを拡散して種々の方向に反射させることで蛍光体層43に入射させ易くすることができる。
Note that the diffusing
(第五実施形態)
以下、本発明の第五実施形態について、図7を用いて説明する。
図7は、本実施形態の波長変換素子の断面図である。
図7に示すように、本実施形態の波長変換素子90は、接合体141と、反射部材42と、拡散素子82と、を備えている。拡散素子82は、接合体141の外周面のうち、第1外周面141aと反対の第2外周面141bに対向して配置される。拡散素子82は第2外周面141bに接合されている。なお、拡散素子82は第2外周面141bとの間に隙間を設けて配置されてもよい。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the wavelength conversion element of this embodiment.
As shown in FIG. 7, the
拡散素子82は導光部材44内を伝搬する光を拡散反射する。本実施形態の拡散素子82は蛍光体層82aである。
本実施形態の波長変換素子90では、接合体141の第2外周面141bに拡散素子としての蛍光体層82aを設けるため、導光部材44内を伝搬する励起光Eが蛍光体層82aに入射することでより明るい蛍光YLを生成することができる。また、蛍光体層82aは励起光Eの一部を拡散反射させる拡散素子としても機能する。蛍光体層82aにより励起光Eは種々の方向に拡散反射させることで第1蛍光体層143或いは第2蛍光体層144に入射し、蛍光YLの生成に利用される。
本実施形態の波長変換素子90によれば、第二実施形態の波長変換素子140よりも明るい蛍光YLを生成できる。
The
In the
The
なお、拡散素子82は拡散板で構成されてもよい。この場合、拡散素子82は励起光Eを拡散して種々の方向に反射させることで第1蛍光体層143或いは第2蛍光体層144に入射させ易くすることができる。
The
なお、上記実施形態では本発明の一態様について説明したが、本発明の内容は上記に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、第2外周面41b、第3外周面41cおよび第4外周面41dに対向して反射部材42を配置させたが、第1方向D1に平行な第5外周面41eおよび第6外周面41fに反射部材42を配置するようにしてもよい。この構成によれば、接合体41から外部に射出された光を接合体41内に戻すことで光利用効率を向上させることができる。なお、第二実施形態においても、第1方向D1に平行な第5外周面141eおよび第6外周面141fに反射部材42を配置してもよい。
Although one aspect of the present invention has been described in the above embodiment, the content of the present invention is not limited to the above, and can be changed as appropriate without departing from the gist of the invention.
For example, in the above embodiment, the reflecting
また、上記実施形態においては、波長変換素子40、70、80、90、140として反射型の波長変換素子を例に挙げたが、本発明は励起光Eの入射面と異なる面から蛍光YLを射出させる透過型の波長変換素子にも適用可能である。
In the above embodiments, the
また、上記第二実施形態あるいは第五実施形態において、第1蛍光体層143及び第2蛍光体層144は特性が異なる蛍光体で構成されていてもよい。例えば、第1蛍光体層143を青色の励起光(第1光)によって緑色蛍光(第2光)を射出し、第2蛍光体層144は青色の励起光(第1光)によって励起光及び緑色蛍光とは異なる波長帯を有する黄色蛍光もしくは赤蛍光(第3光)を発する蛍光体とすることで所望の分光特性を得ることもできる。
Further, in the second embodiment or the fifth embodiment, the
また、上記第一実施形態、上記第三実施形態あるいは上記第四実施形態において、蛍光体層43を異なる特性を有する2つの蛍光体を積層して構成してもよい。例えば、蛍光体層43は、青色の励起光(第1光)によって緑色蛍光(第2光)を射出する第1蛍光部材(第1部材)と、青色の励起光(第1光)によって励起光及び緑色蛍光とは異なる波長帯を有する黄色蛍光もしくは赤蛍光(第3光)を発する第2蛍光部材(第2部材)とを積層して構成されていてもよい。
Further, in the first embodiment, the third embodiment, or the fourth embodiment, the
1…プロジェクター、2A…光源装置、4B,4G,4R…光変調装置、6…投射光学装置、21A…アレイ光源(光源)、40,70,80,90,140…波長変換素子、41,71,141…接合体、41a,141a…第1外周面、41b,71b,141b…第2外周面、42…反射部材、43…蛍光体層(第1波長変換部材)、44…導光部材(第1導光部材)、73…第2導光部材、82…拡散素子、143…第1蛍光体層(第1波長変換部材)、144…第2蛍光体層(第2波長変換部材)、D1…第1方向、E…励起光(第1光)、YL…蛍光(第2光)。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記接合体の複数の外周面のうち、第1方向に平行な少なくとも一つの面に対向して配置され、前記第1光および前記第2光の少なくとも一方を反射する反射部材と、を備え、
前記接合体は、前記第1波長変換部材における前記第1方向に平行な第1面と、前記第1導光部材における前記第1方向に平行な第2面と、が互いに接合されて構成されており、
前記第1光は、前記複数の外周面のうち、前記第1方向と交差する第1外周面から前記接合体に入射し、
前記反射部材は、前記第1光が入射する前記接合体の前記第1外周面に対向する第2外周面にも対向して設けられ、
前記第2光は、前記接合体の前記第1外周面を構成する前記第1波長変換部材と前記第1導光部材から射出する
ことを特徴とする波長変換素子。 a first wavelength conversion member that is excited by the first light and emits a second light having a wavelength band different from that of the first light; a first light guide member that transmits the first light and the second light; a conjugate to which is joined;
a reflecting member arranged to face at least one surface parallel to the first direction among the plurality of outer peripheral surfaces of the joined body, and reflecting at least one of the first light and the second light;
The joined body is configured by joining a first surface parallel to the first direction of the first wavelength conversion member and a second surface parallel to the first direction of the first light guide member to each other. and
the first light is incident on the joined body from a first outer peripheral surface intersecting the first direction among the plurality of outer peripheral surfaces ;
The reflecting member is also provided facing a second outer peripheral surface facing the first outer peripheral surface of the joined body on which the first light is incident,
The second light is emitted from the first wavelength conversion member and the first light guide member that constitute the first outer peripheral surface of the joined body.
A wavelength conversion element characterized by:
前記第1導光部材は、前記第1波長変換部材と前記第2波長変換部材とで挟まれている
ことを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。 The joined body has a second wavelength conversion member joined to a third surface opposite to the second surface of the first light guide member,
The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the first light guide member is sandwiched between the first wavelength conversion member and the second wavelength conversion member.
ことを特徴とする請求項2に記載の波長変換素子。 3. The wavelength conversion element according to claim 2, characterized by:
ことを特徴とする請求項2に記載の波長変換素子。 3. The wavelength conversion according to claim 2, wherein the second wavelength conversion member is excited by the first light and emits third light having a wavelength band different from that of the first light and the second light. element.
前記第1波長変換部材は、前記第1導光部材と前記第2導光部材とで挟まれている
ことを特徴とする請求項1に記載の波長変換素子。 The joined body has a second light guide member that is joined to a fourth surface opposite to the first surface of the first wavelength conversion member and transmits the first light and the second light,
The wavelength conversion element according to claim 1, wherein the first wavelength conversion member is sandwiched between the first light guide member and the second light guide member.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の波長変換素子。 The first wavelength conversion member includes a first member that emits the second light when excited by the first light, and a wavelength band different from that of the first light and the second light when excited by the first light. The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 5 , further comprising: a second member that emits a third light having
前記第1光および前記第2光の少なくとも一方を拡散させる拡散素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の波長変換素子。 arranged to face a second outer peripheral surface opposite to the first outer peripheral surface of the outer peripheral surface of the joined body,
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a diffusion element that diffuses at least one of the first light and the second light.
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の波長変換素子。 The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first light guide member is sapphire.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の波長変換素子と、を備える
ことを特徴とする光源装置。 a light source that emits the first light;
A light source device comprising: the wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 8 .
前記光源装置からの光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置により変調された光を投射する投射光学装置と、
を備える
ことを特徴とするプロジェクター。 a light source device according to claim 9 ;
a light modulating device that modulates light from the light source device according to image information;
a projection optical device that projects the light modulated by the light modulation device;
A projector comprising:
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